C++之文件IO操作流

　　前两节介绍了C++的IO流类库，标准设备IO操作流中部分预定义流对象的成员函数以及IO格式控制。那今天我将继续介绍关于C++中的流操作内容——文件IO操作流fstream。并会着重讲解C++是如何对文件进行操作的。

　　文件指存放在外部介质上的数据的集合。大家都知道操作系统是以文件为单位来对数据进行管理的。因此如果你要查找外部介质的数据，则先要按文件名找到指定文件，然后再从文件中读取数据，如果要把数据存入外部介质中，如果没有该文件，则先要建立文件，再向它输入数据。由于文件的内容千变万化，大小各不相同，为了统一处理，在C++中用文件流的形式来处理，文件流是以外存文件为输入输出对象的数据流。输出文件流表示从内存流向外存文件的数据，输入文件流则相反。根据文件中数据的组织形式，文件可分为两类：文本文件和二进制文件。文本文件又称为ASCII文件，它的每个字节存放一个ASCII码，代表一个字符。二进制文件则是把内存中的数据，按照其在内存中的存储形式原样写在磁盘上存放。比如一个整数20000，在内存中在两个字节，而按文本形式输出则占5个字节。因此在以文本形式输出时，一个字节对应一个字符，因而便于字符的输出，缺点则是占用存储空间较多。用二进制形式输出数据，节省了转化时间和存储空间，但不能直接以字符的形式输出。

　　1.在C++中对文件进行操作分为以下几个步骤：(1)建立文件流对象;(2)打开或建立文件;(3)进行读写操作;(4)关闭文件;用于文件IO操作的流类主要有三个fstream(输入输出文件流),ifstream(输入文件流)和ofstream(输出文件流)；而这三个类都包含在头文件fstream中，所以程序中对文件进行操作必须包含该头文件。首先建立流对象，然后使用文件流类的成员函数open打开文件，即把文件流对象和指定的磁盘文件建立关联。成员函数open的一般形式为:

　　文件流对象.open(文件名,使用方式);

其中文件名可以包括路径(如：e:\c++\file.txt)，如果缺少路径，则默认为当前目录。使用方式则是指文件将被如何打开。以下就是文件的部分使用方式，都是ios基类中的枚举类型的值：

此外打开方式有几个注意点：

(1)因为nocreate和noreplace，与系统平台相关密切，所以在C++标准中去掉了对它的支持。

(2)每一个打开的文件都有一个文件指针，指针的开始位置由打开方式指定，每次读写都从文件指针的当前位置开始。每读一个字节，指针就后移一个字节。当文件指针移到最后，会遇到文件结束符EOF，此时流对象的成员函数eof的值为非0值，表示文件结束。

(3)用in方式打开文件只能用于输入数据，而且该文件必须已经存在。

(4)用app方式打开文件，此时文件必须存在，打开时文件指针处于末尾，且该方式只能用于输出。

(5)用ate方式打开一个已存在的文件，文件指针自动移到文件末尾，数据可以写入到其中。

如果文件需要用两种或多种方式打开，则用"|"来分隔组合在一起。除了用open成员函数打开文件，还可以用文件流类的构造函数来打开文件，其参数和默认值与open函数完全相同。比如：文件流类 stream(文件名,使用方法)；如果文件打开操作失败，open函数的返回值为0，用构造函数打开的话，流对象的值为0。所以无论用哪一种方式打开文件，都需要在程序中测试文件是否成功打开。

 　　在每次对文件IO操作结束后，都需要把文件关闭，那么就需要用到文件流类的成员函数close，一般调用形式：流对象.close();关闭实际上就是文件流对象和磁盘文件失去关联。

　　2.介绍完文件的打开和关闭，接下来说说文件的读写。我将分别从文本文件读写和二进制文件的读写来介绍。其实文件的读写是十分容易的。流类库中的IO操作<<、>>、put、get、getline、read和write都可以用于文件的输入输出。

　　(1)文本文件的读写：

写文件：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <fstream>

int main()
{
//打开文件
    std::ofstream file("file.txt",std::ios::out|std::ios::ate);
if(!file)
    {
        std::cout<<"不可以打开文件"<<std::endl;
        exit(1);
    }

//写文件
    file<<"hello c++!\n";

char ch;
while(std::cin.get(ch))
    {
if(ch=='\n')
break;
        file.put(ch);
    }

//关闭文件
    file.close();

return0;
}

键盘输入字符：

读文件file.txt：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <fstream>

int main()
{
//打开文件
    std::ifstream rfile("file.txt",std::ios::in);
if(!rfile)
    {
        std::cout<<"不可以打开文件"<<std::endl;
        exit(1);
    }

//读文件
char str[100];
    rfile.getline(str,100);//读到'\n'终止
    std::cout<<str<<std::endl;

char rch;
while(rfile.get(rch))//文件指针指向字符‘\n’的下一个
    {
        std::cout.put(rch);
    }

    std::cout<<std::endl;

//关闭文件
    rfile.close();

return0;
}

读出显示字符：

其实建立ifstream类和ofstream类的对象时，ios:in和ios:out可以省略，因为ifstream类默认为ios:in，ofstream类默认为ios:out；

　　(2)最初设计流的目的是用于文本，因此在默认情况下，文件用文本方式打开。在以文本模式输出时，若遇到换行符"\n"(十进制为10)则自动扩充为回车换行符(十进制为13和10)。所以，如果我们输入的整数10，那么在文件输出时会转化为13和10，然而这并不是我们所需要的。为了解决这样的问题，就要采用而二进制模式，使其所写的字符不转换。在对二进制文件进行IO操作时，打开文件时要指定方式ios::binary，即以二进制形式传送和存储。接下来我用read函数和write函数来对二进制文件进行读写。在示例描述之前先简单介绍一下这两个函数：

　　read函数常用格式为：文件流对象.read(char *buf,int len);

　　write函数常用格式为：文件流对象.write(const char *buf,int len);

两者格式上差不多，第一个参数是一个字符指针，用于指向读入读出数据所放的内存空间的其实地址。第二个参数是一个整数，表示要读入读出的数据的字节数。以下是二进制文件的读写的示例：

定义一个精灵类(用于文件数据处理)：

class Sprite
{
private:
        std::string profession;//职业
        std::string weapon;//武器
staticint count;//个数
public:
        Sprite(){}
        Sprite(std::string profession,std::string weapon):profession(profession),weapon(weapon)
        {
        }
void showSprite();//显示精灵信息
};

int Sprite::count=0;

void Sprite::showSprite()
{
++count;
    std::cout<<"精灵"<<count<<" 职业:"<<profession<<" 武器:"<<weapon<<std::endl;
}

写文件：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main()
{
//建立对象数组
    Sprite sprites[3]={
        Sprite("法师","魔杖"),
        Sprite("战士","屠龙宝刀"),
        Sprite("道士","倚天剑")
    };

//打开文件
    std::ofstream file("file.dat",std::ios::ate|std::ios::binary);
if(!file)
    {
        std::cout<<"文件打开失败!";
        abort();//等同于exit
    }

//写文件
for(int i=0;i<3;i++)
        file.write((char*) &sprites[i],sizeof(sprites[i]));

//关闭文件
    file.close();

return0;
}

读文件file.dat：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main()
{
//建立对象数组
    Sprite rsprites[3];

//打开文件
    std::ifstream rfile("file.dat",std::ios::binary);
if(!rfile)
    {
        std::cout<<"文件打开失败!";
return1;//等同于exit
    }

//读文件
for(int i=0;i<3;i++)
    {
        rfile.read((char*) &rsprites[i],sizeof(rsprites[i]));
        rsprites[i].showSprite();
    }

//关闭文件
    rfile.close();

return0;
}

读出显示字符：

在read函数还是write函数里都要把数据转化为char*类型，代码中sizeof函数是用于确定要读入读出的字节数。

　　在文件结束处有个标志位EOF，在用文件流读取文件时，使用成员函数eof()（函数原型：int eof()）可以检测到结束符。如果该函数返回值为非零，则表示到达文件末尾。返回零则表示未达到文件末尾。

　　(3)前面所介绍的文件都是按顺序来读取的的，C++中又提供了针对于文件读写指针的相关成员函数，使得我们可以在IO流中随意移动文件指针，从而对文件的进行随机地读写。类istream针对读指针提供3个成员函数：

　　tellg()//返回输入文件读指针的当前位置；

　　seekg(文件中的位置)//将输入文件中的读指针移动到指定位置

　　seekg(位移量,参照位置)//以参照位置为基准移动若干字节

其中参照位置是枚举值：

beg//从文件开头计算要移动的字节数

cur//从文件指针的当前位置计算要移动的字节数

end//从文件的末尾计算要移动的字节数

如果参照位置省略，则默认为beg。而类ostream针对写指针提供的3个成员函数：

　　tellp()//返回输出文件写指针的当前位置；

　　seekp(文件中的位置)//将输出文件中的写指针移动到指定位置

　　seekp(位移量,参照位置)//以参照位置为基准移动若干字节

现在我对上一示例中读取二进制文件代码稍作更改：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main()
{
//建立对象数组
    Sprite rsprites[3];

//打开文件
    std::ifstream rfile("file.dat",std::ios::binary);
if(!rfile)
    {
        std::cout<<"文件打开失败!";
return1;//等同于exit
    }

//读文件
for(int i=0;i<3;i++)
    {
        rfile.read((char*) &rsprites[i],sizeof(rsprites[i]));
        rsprites[i].showSprite();
    }

    Sprite rsprite;//建立对象

    std::cout<<"改变读取顺序："<<std::endl;
    rfile.seekg(sizeof(Sprite)*2,std::ios::beg);//读取精灵道士信息
    rfile.read((char*) &rsprite,sizeof(Sprite));
    rsprite.showSprite();
    
    rfile.seekg(-int(sizeof(Sprite)*2),std::ios::end);//读取精灵战士信息
    rfile.read((char*) &rsprite,sizeof(Sprite));
    rsprite.showSprite();

    rfile.seekg(-int(sizeof(Sprite)*2),std::ios::cur);//读取精灵法师信息
    rfile.read((char*) &rsprite,sizeof(Sprite));
    rsprite.showSprite();

//关闭文件
    rfile.close();

return0;
}

结果：